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    影響光伏發電系統用松下蓄電池壽命的因素

    發布時間:2018-11-19  瀏覽:2485次  字號:  

    我國幅員遼闊,人口分布東密西疏,因地理環境和經濟相對落后等原因,造成一些地區的電力資源相對匱乏,國家電力電網無法覆蓋,無法集中供電,或者電網質量不穩定,給當地的經濟發展造成一定的影響。尤其在中國的北方、西北等地區問題尤為突出,迫切需要有適合當地情況使用的穩定可靠的電力系統,F在常用的單獨供電系統有發電機組、太陽能系統、風力發電系統及風光互補系統。今天就讓我們來探討一下在光伏發電系統中,有哪些因素可以直接影響松下蓄電池使用壽命。
    (1)正極活性物質軟化脫落
    松下蓄電池在循環使用條件下,電池的失效主要是由正極活性物質(PAM)的軟化、脫落所致。
    蓄電池在循環過程中,正、負極活性物質經歷了可逆的溶解再沉積過程,改變了多孔二氧化鉛電極的結構。尤其對二氧化鉛電極,可能會引起表觀體積的增加,改變顆粒和孔尺寸的分布,多孔二氧化鉛結構中顆粒之間的機械結合性能和導電性能降低,隨著循環的繼續,這種情況還會進一步惡化,結果使得該區域的活性物質軟化和脫落。
     
    (2)酸分層對蓄電池壽命的影響
    電解液分層現象是由于重力的作用在電池的充放電過程中產生的,即充電時正負極板表面都產生H2SO4,其密度大,因重力的作用而下沉。在放電時,正負極板表面均消耗H2SO4,故表面液層密度小,低密度的電解液順著極板間上升,而極群上部高密度的電解液則從極群側面向下流,電解液流動的結果造成了上部密度低、下部密度高。分層現象的產生對蓄電池的使用壽命和容量均產生不利影響,加速了板柵的腐蝕和正極活物質的脫落,導致負極板硫酸鹽化。
     
    (3)板柵合金的影響
    由于長期使用松下蓄電池,正極板柵會在電解液的作用下逐步腐蝕并長大,板柵的長大使活物質和板柵的結合性降低,從而導致電池容量逐漸喪失。這種正極板柵的腐蝕和長大主要受板柵的合金組成、電解液密度以及板柵筋條形狀等因素的影響。
    在蓄電池充電過程中,板柵和活性物質的接口上形成非導電層,這些非導電層或低導電層在板柵和PAM界面引起了高的阻抗,導致充放電時發熱和板柵附近PAM膨脹,從而限制了電池的容量(即所謂的PCL效應)。

    (4)放電電流對蓄電池壽命影響
     
    在光伏系統中,松下蓄電池的放電電流非常小。在小電流條件下形成的PbSO4比大電流條件下形成的PbSO4轉化困難得多。這是因為在小電流條件下形成的PbSO4結晶顆粒要比大電流條件下形成的PbSO4結晶顆粒粗大,粗大的PbSO4結晶顆粒減少了PbSO4的有效面積,這樣在再充電時加速了極板極化,導致PbSO4轉化困難,隨著循環的繼續,這種情況還會更加劇烈,結果使得極板充不進電,最后導致蓄電池壽命終止。
     
    (5)電液密度對鉛蓄電池壽命的影響
    電解液的濃度不僅與蓄電池的容量有關,而且與正極板柵的腐蝕和負極活性物質硫酸鹽化有關。過高的硫酸濃度加速了正極板柵的腐蝕和負極活性物質硫酸鹽化,并導致失水加劇。
     
    (6)深度放電后蓄電池容量恢復
    在光伏系統中,蓄電池的放電率要比蓄電池應用在其它場合低,通常在C20~C240之間,甚至更低。小電流下深度放電意味著極板上的活性物質將得到更充分的利用。在許多光伏系統中,通常不會發生深度放電,除非充電系統出現故障或者持續長時間的壞天氣。在這種情況下,如果蓄電池得不到及時的再充電,硫化問題將更加嚴重,進一步導致容量損失。
     
    (7)極板厚度的影響
    極板的厚度應屬于電池設計方面的問題,一般來說,較厚極板的循環壽命要長于較薄極板,而活性物質利用率相比之下要差一些。但有利于循環壽命的延長。
     
    (8)裝配壓力的影響
    裝配壓力對松下電池壽命有很大影響。AGM隔板彈性差,在組裝時,極群不加壓或壓力過小,隔板和極板之間不能保持良好的接觸,會導致電池容量顯著下降。
    在循環過程中,活性物質的膨脹、疏松、脫落是電池壽命提前終結的原因之一,而采用較高的裝配壓力可以防止活性物質在深循環過程中的膨脹。若裝配壓力太低,還會導致隔板過早地與極板分離,引起電液傳輸困難,電池內阻迅速增大,容易導致蓄電池壽命終止。因此,采用較高的裝配壓力是電池具有循環壽命長的保證。
     
    (9)溫度的影響
    高溫對蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形等都起到加速作用,低溫會引起負極失效,溫度波動會加速枝晶短路等等,這些都將影響電池壽命。蓄電池在一定環境溫度范圍放電時,使用容量隨溫度升高而增加,隨溫度降低而減小。在環境溫度10℃~45℃范圍內,鉛蓄電池容量隨溫度升高而增加,如閥控密封鉛松下蓄電池在40℃下放電電量,比在25℃下放電的電量大10%左右,但是,超過一定溫度范圍,則相反,如在環境溫度45℃~50℃條件下放電,則電池容量明顯減小。低溫(<5℃)時,電池容量隨溫度降低而減小,電解液溫度降低時,其粘度增大,離子運動受到較大阻力,擴散能力降低;在低溫下電解液的電阻也增大,電化學的反應阻力增加,結果導致蓄電池容量下降。其次低溫還會導致負極活性物質利用率下降,影響蓄電池容量,如電池在-10℃環境溫度下放電時,負極板容量僅達35%額定容量。
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